【発明の詳細な説明】
セグメント状に形成したダイヤモンドブレードの製造方法
発明の背景発明の分野
本発明は、全体として、最初に、コアに拡散接合させた連続的な外周部として
形成され、その後に、該コアに切り込んでセグメント状の切断ブレード（segmen
ted blade）を形成する、焼き入れした外縁部を有する切断ブレードの製造方法
に関する。関連技術の説明
コンクリート、大理石等のような極めて硬い面を切断するために外縁部に埋め
込んだ焼き入れ粒子を有する切断ブレードが提案されている。こうした鋸ブレー
ドは、典型的に、鋼製コアと、ダイヤモンド、炭化タングステン、多結晶ダイヤ
モンド等（以下、集合的に「ダイヤモンド粒子」と称する）のような焼き入れ粒
子が埋め込まれた連続的な外周部、またはセグメント状に形成した外周部とで形
成されている。
従来、ダイヤモンドブレードの形態及び機能に対応した、そのブレードの製造
方法が提案されている。こうしたブレードは、連続的な外周部を備えるように形
成されたブレードと、セグメント状に形成した外周部を備えるように形成された
ブレードという二つの主要な型式に分類することができる。連続的な外周部を備
えるブレードは、タイルを切断するときのように、刃が欠けることは重大である
が、ブレードの速度は重要でない用途に使用される。セグメント状に形成した外
周部のものは、コンクリートを切断するときのように刃が欠けることは重要では
ないが、ブレードの速度が重要である用途に使用される。典型的に、ブレードの
速度が増せば、作動温度が高くなる。十分に加熱したならば、外側のセグメント
部分は膨張する。これらのセグメント部分は、そのセグメント部分の間におる切
欠き内に膨張する。
連続的な外周部を備えるブレードを製造するため、ブレードの鋼コアに固定さ
れた銅製リングに環状の研削部材が接合される一つの方法（米国特許第3,369,87
9号）が提案されている。この鋼コアは、金型内で中心決めされ、該コアの外周
に接合剤を塗布して、銅製リングをコアに押し付け接合剤により該コアに接合さ
せる。次に、銅製リングを囲繞する金型のキャビティ内にダイヤモンド粒子を含
む混合体を注入する。金型を閉じて、混合体に熱及び圧力を加えて、その外縁部
を「熱圧プレス」する。この熱と圧力との組み合わせにより、堅固な研削縁部が
形成され、また、外周縁部を銅製リングに固着することができる。
研削外縁部を中央コアに接合する別の方法が提案されている（米国特許第2,18
9,259号、同第2,270,209号及び再発行米国特許第21,165号）。この上記第2,189,
259号特許の方法において、コア及び外縁部は、金型のそれぞれの中央キャビテ
ィ及び外側キャビティに別個に注入される。こうしたキャビティを別個に閉じ、
次に、互いに整合させ、加熱し且つ圧縮して外側縁部をコア上に熱圧プレスする
。上記第2,270,209号特許の方法において、鋼製の中央コアを金型内で中心決め
し、この鋼コアを囲繞するキャビティ内に外側縁部の混合体を注入する。この混
合体をコア上に直接、熱圧プレスする。上記の再発行特許第21,165号の方法にお
いて、研削縁部を中央コアに溶接し、またははんだ付けする。上記の第3,369,87
9号、同第2,270,209号及び再発行米国特許第21,165号は、その内容を引用して本
明細書に加えてある。
第二の型式のブレードに関し、セグメント状に形成した外縁部を製造するため
の従来の方法（米国特許第3,590,535号）が提案されている。上記第3,590,535号
の特許の方法において、ダイヤモンドを含む複数の外側セグメント部分がダイヤ
モンド粉末、銅の粉末及びスズの粉末の混合体から形成される。この外側セグメ
ント部分の各々は対応する鋼製の下方のセグメントに別個に圧力成形させる。下
方の鋼製のセグメント部分は、コアの外形に嵌まり得るように機械加工し、その
後に該コアに溶接する。
一つの代替的な方法（米国特許第3,048,160号）において、硬い材料を切るブ
レードは、最初に、複数の研削切断セグメント部分を成形することにより形成さ
れる。最初に形成したとき、その各セグメント部分は、加熱して、各セグメント
部分の外面に半径方向への圧力を加えることにより、コアの外周に溶接される鋸
歯状の底面を備えている。一つの代替的な実施の形態（米国特許第2,818,850号
）が提案されており、ここにおいて、切断セグメント部分は熱圧プレスされ、含
め
られたダイヤモンド粉末は、切断セグメント部分の外面付近に集められる。熱圧
プレスしたならば、切断セグメント部分の内面を研磨して、ブレードコアの外側
円弧に略対応した湾曲面が得られるようにする。その次に、そのセグメント部分
の各々をディスクのコアにろう付けする。
しかしながら、上記の方法の各々は、余り成功するに至っていない。多数のセ
グメント部分をコアに別個に定着する後者の方法のグループの場合、これら方法
の各々では、各セグメント部分を別個に且つ繰り返して取り扱わなければならな
い。より具体的には、各セグメント部分を別個に熱圧プレスしなければならない
。その後に、各セグメント部分をその外面に沿ってバリ取りし、また、その内面
に沿って研磨し、その上に湾曲面を形成し、その湾曲面の半径が鋼製コアの半径
に略等しいようにしなければならない。次に、その各セグメント部分をコアに別
個に接合しなければならない。
更に、この後者の方法のグループの場合、各セグメント部分を鋼製コアに接合
させることは極めて難しい。各セグメント部分にあるダイヤモンドがこの接合工
程の妨げとなる。この問題点を解決するため、上記第3,590,535号の特許は、ダ
イヤモンド部分に成形され且つコアに溶接された下方のダイヤモンド面、または
裏当て層を使用する。上記の第3,048,160号の特許は、接合させるべく各セグメ
ント部分に鋸歯状の面を形成する。上記第2,818,850号は、縁部の外面寄りの位
置にダイヤモンドのセグメント部分を集中させるために特殊な成形技術を利用す
る。
また、溶接機は外側縁部内の銅及びダイヤモンド粒子の影響を強く受け易いか
ら、該縁部は、溶接工程中に問題を発生させる。溶接ビームが銅の粒子に接触す
ると、そのビームの一部は反射され、従って、銅の粒子を囲繞する研削セグメン
ト部分の領域を熱する効果が低下する。また、その溶接ビームの温度が過度に高
くて、また、そのビームがダイヤモンド粒子に接触するならば、そのビームによ
ってダイヤモンドの粒子は、炭化してしまう。最終的に、その炭化したダイヤモ
ンドの粒子は、そのセグメント部分から剥がれ落ちる。各セグメント部分の裏側
にダイヤモンドの粒子があれば、各セグメント部分の凹状面がコアに適合するよ
うに機械加工するための湾曲化工程は妨げられる。研削及び溶接工程に対するダ
イ
ヤモンドの粒子の作用を最小にすべく、ダイヤモンドのセグメント部分の裏側に
沿って接合、または裏当て材料が形成される。この裏当て材料は、所望の半径ま
で研磨し且つコアに溶接することが容易である。
更に、前者のグループに属する方法で形成されたダイヤモンドブレードは、コ
アに切欠きが無い。こうした切欠きは、ブレードの加熱を軽減し、作動中、切り
込み部分から異物の粒子を除去する働きをする。従って、前者のグループに属す
る方法により形成されたブレードは、可能な用途の範囲が狭い。連続的な縁部は
、過熱されたならば、膨張し且つ破損することが多い。従来、各ダイヤモンドの
セグメント部分を別個に形成し、その各ダイヤモンドのセグメント部分をコアに
固着することなく、セグメント状に形成したダイヤモンドブレードを製造するこ
とは不可能であった。当該業界では、セグメント状に形成したダイヤモンドブレ
ードを製造する、改良に係る方法が要望されている。本発明は、この要望に適合
し且つ従来、経験された欠点を解決することを目的とするものである。
発明の概要
本発明の一つの目的は、各セグメント部分を別個に取り扱うことを不要にし、
また、製造工程におけるステップ数を少なくする、セグメント状に形成した焼入
れ外縁部を有する切断ブレードを製造する方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、連続的な外縁部がブレードコアに拡散接合され、
その後に、切り込んでセグメント部分にする、ダイヤモンドブレードを製造する
方法を提供することである。
本発明のもう一つ別の目的は、少なくとも一種類の金属粒子を稠密化すること
により、外縁部がコアに接合される、拡散接合工程を促進することである。
本発明のもう一つの目的は、コアの外側湾曲に適合するように、ダイヤモンド
縁部の内面を機械加工することを不要にすることである。
本発明のもう一つの目的は、切断工具により容易に切ることができ、外縁部に
きれいに切って、コア内への溝となるようにすることのできるダイヤモンドブレ
ードの製造方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、狭小な幅を有するレーザ切断ビームを利用し、ま
た、不活性気体を切り込み部分に吹き込んでその切り込み部分の酸化を防止する
ダイヤモンドブレードの製造方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、金属の接合剤と、レーザビームによって容易に切
られるダイヤモンド粒子との混合体から外縁部を形成することにより、ダイヤモ
ンドの外縁部に切欠きを形成することを容易にすることである。
本発明のその他の特徴、その新規性、または関連事項は、以下に掲げる詳細な
説明から明らかになるであろう。
概説すれば、ダイヤモンドを含浸させた外縁部を有するブレードの製造方法が
提供される。この方法は、コアを金型内に投入するステップと、該コアを囲繞す
る金型キャビティ内に金属ダイヤモンドの混合体を投入するステップとを含む。
この金属ダイヤモンドの混合体をコアに常温圧プレスして、連続的な外縁部を有
するブレードを形成する。その後に、コア及び外縁部を自由焼結炉内に積み重ね
て、その焼結炉を最初の拡散接合温度に加熱する。その後に、その炉を最終的な
拡散接合温度に加熱し、最終的な拡散接合温度の時間、コア及び外縁部をこの温
度に保つ。ブレードが冷却した後に、そのブレードを切断工具に入れて、セグメ
ント状に形成する。このセグメント状の形成する間に、半径方向に整合させた切
欠きを複数、外縁部に切り込んで、これに対応する、複数の溝をコアに切り込む
。切断中、酸素ガスを使用する。この方法は、拡散接合、及びその後のセグメン
ト化工程を促進する。
図面の簡単な説明
各種の図面にて同様の構成要素を示すため同様の参照符号を使用する図面の以
下の説明において、
図１は、本発明の方法により得られるダイヤモンドブレードの側面図、
図２は、ダイヤモンド縁部をコアに拡散接合させた後の本発明の中間ステップ
におけるダイヤモンドブレードの側面図、
図３は、本発明の方法により形成されたダイヤモンドブレードの図１の線３−
３に沿った側面断面図である。
発明の詳細な説明
図１には、本発明の方法により製造された、全体として参照符号１で示すダイ
ヤモンドブレードが図示されている。該ダイヤモンドブレード１は、鋼等のよう
な硬い材料で出来たディスク状のコア２を備えている。該コア２は、その間に切
欠き８を有する複数のセグメント部分６に仕切られた外縁部４によって囲繞され
ている。これらの切欠き８は、ブレード１の中心に向けて半径方向に伸長し、ま
た、該切欠き８には、その最内端に円形の溝１０が形成されている。任意選択に
より、これらの溝１０は、Ｕ字形、Ｖ字形等のような別の形状に形成してもよい
。該ブレード１は、次の方法に従って製造される。本発明の方法は、従来の機械
を利用して成形、加熱、及び切断工程を行うから、これらの機械は特に図示して
いない。
好適な実施の形態によれば、金型を使用して連続的な外縁部１４（図２）をコ
ア２の上に常温圧プレスする。該金型は、コア２の中央穴１８に受け入れられる
中心決めピンを有する基部を備えている。該中心決めピンは、コア２を金型内で
中心決めし、コア２の外周２０が金型内の円形の空隙に近い位置に配置されるよ
うにする。該金型は、コア２を支持する底部支持体と、コア２の上に受け取られ
る頂部支持体とを備えている。これらの底部支持体及び頂部支持体は、コア２の
外周２０と略整合する外周を備えている。コア２及び頂部支持体を金型内に挿入
したならば、これらは協働して、接合粉末が充填される円形の空隙を形成する。
この接合粉末は、金属粒子と焼入れ粒子との混合体から製造される。焼入れし
た粉末は、ダイヤモンド、炭化タングステン、多結晶ダイヤモンド等とすること
ができる。金属粒子は、相互に作用して合金を形成するリン、亜鉛、アンチモニ
ー、鉄、ニッケル、コバルト、銀、銅、スズ等とすることができる。以下に説明
する方法に適合する限り、接合粉末の組成は、変更することが可能である。これ
らの金属は、稠密で硬い外縁部、外縁部とコアとの強力な接合、及び外縁部を均
一に切ることを含む、各種の目的を果たし得るように選択される。本発明の方法
の結果を最大にするためには、金属粉末の組成は、所望の拡散接合及び切断技術
に適合したものでなければならない。
接合粉末は、互いに拡散接合して、青銅、黄銅、または同様の合金（例えば、
銅及びスズ、または亜鉛及びスズ）を形成する第一及び第二の金属と、青銅、ま
たは黄銅と拡散接合（焼結）して極めて稠密な組成の合金を形成する第三の金属
（例えば、ニッケル、コバルト）を含むことができる。また、この接合粉末は、
外縁部とコアとの拡散接合を促進する「湿潤剤」として機能する第四の金属を含
むことができる。以下の例において、単に一例としてのみ特別の接合粉末の組成
物を説明する。
この接合粉末は、単に一例としてのみ、ダイヤモンド、スズ、銅、銀及びニッ
ケル粒子で製造される。これらのスズ、銅、銀及びニッケルは、その融点がそれ
ぞれ約232.2℃（450°Ｆ）、1082.2℃（1980°Ｆ）、960℃（1760°Ｆ）、1426.
6℃（2600°Ｆ）である。この接合粉末は、円形の空隙内に投入し、金型を閉じ
て、その円形の空隙をコア２に向けて圧縮する。金型は、空隙を常温圧プレスし
（即ち、全く熱を加ないで）、接合粉末を圧縮してその最大の実現可能な密度の
約65％の密度を有する外縁部にする。また、この常温圧プレス技術は、接合粉末
をコア２に瞬間的に固着させる。この段階にて、ブレードは、図２に示した連続
的な外縁部１４により囲繞されたコア２を備えている。拡散接合を通じて稠密化
を行う前に、コアの上に外側縁部を最初に形成する各種の代替的な方法が存在す
る。例えば、コアに拡散接合させることのできる連続的な縁部を提供する方法で
ある限り、熱圧プレス、急速固化、射出成形及び自由焼結、高温のアイソスタチ
ックプレス（isostatic press）（例えば、加圧気体の付与）、コイニング、鍛
造等の方法にて外縁部を形成することができる。これと代替的に、外縁部は、コ
ア内に押出し成形し、常温圧プレスし、次に、熱圧プレスして、手で充填し、そ
の後に熱圧プレスし、マイクロ波で中心決めし、手で充填し、次に、液体金属等
を浸透させることができる。
好適な実施の形態において、常温圧プレスしたブレードを金型から取り出し、
更に、更なる稠密化のため、自由（無圧の）焼結用の炉に投入する。稠密化は、
粉末接合剤をコアに熱圧プレスして、外縁部内の金属粒子同士が拡散接合するよ
うにして行うことができる。任意選択的に、ブレードを熱圧プレス焼結（加圧）
炉等に投入してもよい。また、拡散接合による稠密化は、外縁部１４とコア２と
の間にて行われ、これにより外縁部１４はコア２に恒久的に取り付けられる。ブ
レード１は、1093.3℃（2000°Ｆ）を超えないことが好ましい温度にて２乃至８
時間、炉内で加熱する。この焼結時間、及び温度は、接合粉末中の単一の金属、
または金属の組み合わせに対応して異なる。最初の焼結段階にて、第一及び第二
の金属（例えば、スズ、亜鉛、銅等）が組み合わさって青銅、または黄銅合金を
形成する温度まで炉を加熱する。次に、接合粉末中におけるスズ及び銅、スズ及
び亜鉛等の比率によって異なるが、760℃（1400°Ｆ）乃至871.1℃（1600°Ｆ）
の範囲の温度まで銅、または亜鉛の融点を低下させる。最初の焼結段の後、ニッ
ケル、コバルト、銀、及び同様の合金のような金属が介在するならば、炉温度は
871.1℃（1600°Ｆ）乃至1093.3℃（2000°Ｆ）まで上昇させ、浸漬による最終
的な稠密化工程の間、例えば、２時間、その温度が保たれるようにする。これよ
り高温に加熱されたとき、銀、ニッケル、コバルト及び同様の合金金属は、溶融
し且つ接合粉末を通って流れて、稠密化の程度を増す。これらの合金は、接合粉
末とコアの外周部との間における拡散接合を促進させる「湿潤剤」として特徴が
あるために選択されたものである。一部分液体の青銅、または黄銅及び銀元素は
、その他の金属（例えば、鉄、コバルト、ニッケル等）と相互作用するから、液
体相の焼結を通じて、システム全体を稠密化させる。これは、ダイヤモンドの粒
子の周りの金属、溝、及び金属ディスクの周りのリングが収縮することを可能に
する。ダイヤモンドを含む縁部がディスクの上方に亙って収縮する間に、拡散接
合を促進する金属学的接合工程により、縁部とコアとの相互接触面は更に強化さ
れる。
拡散接合工程の全体を通じて、硬い粒子（例えば、ダイヤモンド）は、接合粉
末及び外縁部を通じて均一に分散された状態を保つ。接合粉末内、及び接合粉末
と金属コアとの拡散接合は、時間、温度及び圧力に対応してその程度及び密着度
が異なる。接合粉末及び金属コア中の原子は、拡散接合中に移動し且つ相互に結
合する。この移動量により接合の程度が決まる。このため、炉内温度及び圧力が
変化するに伴い、拡散接合の程度も変化する。また、コア内への拡散接合の程度
及び密着度もコア、及び金属粉末中の各金属の拡散係数に対応する。このように
、ブレードを炉内に保持する時間が長ければ長い程、拡散接合の密着度はより高
くなる。外縁部に局部的な空所、または空隙が形成されるのを防止すべく、炉内
温度は、慎重に選択し且つそれを拡散接合中の全体に亙って保つことを要する。
接着粉末内の空隙の数は、その空隙率と称される。
更に、最終的な拡散接合段階中、炉内温度を余りに高くするならば、この熱は
、
黒鉛化等を通じて外縁部内のダイヤモンド粒子に悪影響を与える。
拡散接合は、組織間メカニズム、空隙メカニズム、置換法等のような各種の方
法で行うことができる。本発明に適合可能な上記、及びその他の拡散接合技術は
、その内容を引用して本明細書に含めた、1963年のマックグロー・ヒル・ブック
・カンパニー（McGraw Hill Book Co.）、治金技術部門のカーネッジ技術協会（
Carnage Inst．of tech.）のポール・ジー・シューマン（Paul G．Shewmon）に
よる「固体中の拡散（Diffusion in Solids）」という表題の書物に開示されて
いる。同様に、熱圧プレス焼結（加圧炉）等のような拡散接合を行う各種の装置
を使用することができる。自由焼結炉の使用は単に一例にしか過ぎない。更に、
この炉は、均一な温度に加熱し、拡散接合が為される間、その温度を保つことが
できる。拡散接合を行うために使用される装置の型式もまた、接着粉末中におけ
る材料の種類及びその数によって異なる。
一例として、拡散接合を為す熱焼結プレスを使用することができ、このプレス
は、均一な温度に加熱し、均一の圧力を導入することができる。拡散接合が為さ
れる限り、熱、時間及び圧力は変更が可能である。
拡散接合工程の促進のため、接合粉末中に、融点が近い材料（例えば、青銅、
銅、銀及びニッケル）を使用することが好ましい。これと代替的に、ニッケル、
またはコバルトのような一種類の材料を接着粉末に使用してもよい。
稠密化工程が完了したならば、その炉を閉じて冷却させる。この冷却工程中、
稠密化されたダイヤモンドの縁部分は縮小する。その部分が縮小するに伴い、外
縁部は、拡散接合が為されたコアの縁部分に対する機械的／物理的な相互結合メ
カニズムを向上させる。この密着度は、その当初の常温圧プレスしたときの密着
度よりも30乃至40％増大し／変化する（稠密化工程中）。従って、外縁部の寸法
は縮小する。常温圧プレスしたときの外縁部の厚さが約5.08ｍｍ（0.200インチ
）であるならば、拡散接合した後のその厚さは、約4.572ｍｍ（0.180インチ）と
なる。同様に、常温圧プレスされた外縁部の幅が20.32ｍｍ（0.8インチ）である
ならば、その幅は、拡散接合した後、約17.78ｍｍ（0.7インチ）に収縮する。コ
アからの金属粒子及び鋼粒子を含む拡散接合領域は、ブレードの最強の部分とな
る。しかしながら、過早の破損を防止すべく、この領域（領域相互接触面とも称
され
る）から全ての孔または空隙を無くさなければならない。
しかしながら、接合しない金属粒子の局部的な空所が外縁部にあるならば、こ
れらの空所は、拡散接合領域よりも密着度が小さい。
ブレードが冷却したならば、該ブレードは、レーザカッター、水流カッター、
プラズマ放電カッター、電子ビームカッター等のような切断工具に移す。これと
代替的に、該ブレードは、セグメント部分の切欠き及び／または溝或いはスロッ
トを打ち抜くポンチ工具に移してもよい。該工具は、外縁部４における各切欠き
８及び／またはコア２内における各溝１０を切り、または打ち抜く（図１）。こ
の場合にも、工具が滑らかで且つ迅速な切り込み、または打ち抜きを行い得るよ
うに金属の種類、及びその比率を選択しなければならない。
一例として、この切断工具は、その内容を引用して本明細書に加えたエフ・オ
ー・オルセン（F.O．Olsen）による「レーザ切断法を最適にする研究（Investig
ations in Optimizing The Laser Cutting Process）」という表題の論文に開示
された型式のレーザビームカッターを形成するものとする。該レーザビームカッ
ターは、レーザビームをブレード上に集束させるレンズを備えている。このレン
ズの下方に気体チャンバが形成され、加圧ガスをこの気体チャンバ内に導入して
且つブレード上に照射する。該レーザビームカッターは、気体チャンバの下方領
域を規定すべくその底部に配置されたベールを備えている。該ベールは、厚さＮa
及び外径Ｎdのノズル先端を備えている。該ノズル先端は、ノズル孔を有し、そ
のノズル孔の中心部の外径はＮbである。該ノズル先端は、切り込まれるブレー
ドの領域から距離Ｎhの位置に配置される。
作動中、切断工具とブレードとの間の最適な高さを保ち得るようにノズル先端
Ｎhを不断に調節する。最良の結果が得られるように、ノズル孔の直径Ｎbをノズ
ルとブレードとの間のノズル距離Ｎhに比較して大きい値に保つ。このことは、
切り込む曲線部内に気体ビームを導入する上で好ましい。比Ｎb＼Ｎhが大きい場
合、気体の圧力はノズル先端から切込み曲線部に向けて低下する。更に、この比
が大きいとき、ノズル先端とダイヤモンドブレードとの間の距離に沿って圧力が
変化する可能性がある。こうした圧力の変化により、レーザビームを妨げるレン
ズ作用が生じる。従って、この比Ｎb＼Ｎhは、例えば、Ｈb＼Ｎh＞２のような大
きい値に保つことが好ましい。この比がノズル先端とダイヤモンドブレードとの
間の圧力の変化を無視し得る程度に保ち、これにより、レンズ作用を回避し、切
り込む曲線部における気体の圧力を増大させる。この比Ｎb＼Ｎhが大きいとき、
ノズル先端の外径Ｎdは気体の流量に影響する。所定のノズル高さＮhに対してこ
の外径Ｎdが増大するとき、ダイヤモンドブレードの外面及びノズル先端に沿っ
た気体の流量が減少する。
好適な実施の形態で使用されるレーザビームは、偏極されており、加圧気体の
流れを切り口に向け、切断工具の切断効率を最大にする。一例として、該ビーム
は、切断方向に対して平行な方向に偏極させることができる。このレーザビーム
の偏極により、レーザの切断速度は影響を受け、また、切り込む曲線部分の幾何
学的形態が変化する。通常の入射光に対する反射率が低い材料を切断工具を使用
して切断するとき、レーザの偏極による作用は観察し得ない。従って、反射率の
小さい組成物を形成するために互いに拡散接合する金属を使用することが好まし
い。反射率の大きい組成物は、レーザビームを切り口から反射させ、そのレーザ
ビームがブレードを通じて進む妨げとなる。
また、気体の圧力を調節すれば、切断速度及び切断効果が変化する。極めて低
圧のとき、所望の切断速度を保ちつつ、良好な切断を行うことは難しい。ビーム
圧力を中間のレベルまで増大させたときに切断速度を速めることができる。極め
て高圧力であるとき、切り込み部分の底部に焼灼効果が生じ、これは、切断効果
を低下させる。任意選択的に、所望の圧力が達成不能であるならば、ノズル先端
の外径Ｎdは、切断領域内の高圧と同一の作用を果たし得るように増すことがで
きる。レーザビームカッターの動的挙動により、切り込む曲線部分に線条（例え
ば、溝、または粗面）が形成される。
切断速度は、主として、切断工具がブレードの厚さの全体（例えば、外縁部及
びコア）に貫入し且つ進むことが可能な速度によって決まる。この切断速度は、
切断工具が外縁部内の最も高密度で且つ最も硬い金属化合物を切ることのできる
速度を超えることはできない。その切るときの滑らかさは、接合粉末、及びその
内部の孔の均一さ（即ち、空隙率）により決まる。その一つの原因は、レーザビ
ームが切断中の材料の空隙、または孔に作用したとき、レーザがこの空隙から突
然、飛び出すためである。また、空隙には、典型的に、気体空所がある。レーザ
ビームがこの気体空所に作用すると、その気体は、その空所から乱流状態にて排
出される。不均一なレーザの飛び出し動作、及び気体の放出は、切り口に沿って
不均一な領域（「ブローホール」とも称される）を形成する。このため、接合粉
末の稠密化及び均一さが増大して、空隙率が小さくなれば、切り口の平滑さが増
す。
しかしながら、完全な拡散接合が生じれば、外縁部は、全体を通じて略均質な
青銅−ニッケル−銀合金を形成する。この合金の組成物は、略均一に溶融する。
合金の局部的な領域における融点の低い元素の含有比率によって部分的、または
局部的な溶融が制御される結果、この合金組成物内の各領域は、完全に同時に溶
融しない。しかしながら、合金組成物の局部的な領域内における拡散接合した粒
子は、極めて狭い温度及び時間の範囲に亙って互いに近接した位置にて溶融する
。このため、合金が切り口内の切断面に沿って均一に形成されるならば、その合
金は、切断ビームに露呈されると略直ちに溶融する。従って、この切断ビームは
、短時間のうちに切断面の全面に沿って合金を溶融させ、溶融した合金組成物を
切り口から吹き飛ばし、また、合金溶融体が依然として溶融している間に、ビー
ムを動かすことができる。
しかしながら、外縁部の全体にて金属粒子が適正に拡散接合されないとき、切
込み作業は滑らかではない。切断効果の良否は、その他の合金の含有率と青銅、
または黄銅の含有量との比に関連する。銅／青銅／黄銅の含有量が全体の組成物
の20％乃至50％以上であるならば、切断効果の質は劣化する。上述したように、
拡散接合が不適正であるならば、外縁部内に局部的な銅及びニッケル領域が形成
される。銅の融点はニッケルの融点よりも多少低い。切断工具が銅領域に作用す
るとき、この工具は、その周囲のニッケル領域を溶融させるときの速度よりも遥
かに速くこの領域を極めて迅速に溶融させる。このため、切断工具は、ニッケル
を溶融させる間に、特定の位置に止まっていなければならない。切断工具がニッ
ケル領域に止まっているとき、その工具は、その付近の銅領域に熱を伝達し続け
る。従って、切り口の側部に沿って銅が溶融する。この銅は、最終的に、切断工
具から流れ出し、冷却し且つ凝固する。押し出された銅、または青銅の領域は、
その周りの切り口よりも幅の広い空隙、または凹所を外縁部に残す。また、押し
出された広い銅領域は、外縁部の表面上で、または切り口内で凝固し、これによ
り、ブレードに凹凸部分（「バブル」と称される）を形成する。また、液状銅の
空所は、ダイヤモンド粒子を囲繞する。このように、銅が押し出されると、この
銅は、ダイヤモンドの支持体を弱体にし、このダイヤモンドも押し出されて、更
に大きい空隙（「ブローホール」と称される）を形成する。
このように、バブル及びブローホールを防止するため、拡散接合ステップは、
外縁部の全体に亙って高密度且つ非多孔質で、しかも略均質な金属合金を形成す
ることが重要である。
更に、切断工具としてのレーザビームの効果を最大にするためには、外縁部内
の拡散接合した合金は、相対的に非反射性のものでなければならない。レーザビ
ームが反射材料に接触すると、そのビームの一部は反射され、これにより、レー
ザビームの有効切断力が低下する。銅は反射率が極めて大きい一方、青銅−銀−
ニッケル組成物の反射率は小さい。このため、外縁部内に局部的な銅の空所が形
成されるとき、こうした空所は、レーザビームの大部分を反射する。この反射は
レーザの有効切断力を低下させる。
また、青銅−ニッケル−銀合金組成物の融点はニッケルよりも低い。このため
、青銅−ニッケル−銀合金組成物を切断するのに必要な温度は、ニッケルを切断
するのに必要な温度よりも低い。このため、組成物が均一であるか否かは、切断
温度に大きく影響する。
上記の例は、スズ、銅、銀及びニッケルを使用する場合について論じたもので
あるが、本発明は、こうした材料と共に使用することにのみ限定されるものでは
ないことが理解されよう。切断工具と適合可能な組成物を形成し得る限り、任意
の材料を使用することが可能である。更に、一種類の金属を使用して接合粉末を
製造することも可能である。一種類の金属で出来た接合粉末は、銅、スズ及び亜
鉛（例えば、青銅又は黄銅）で被覆されたコアの周りに熱圧プレスして、接合粉
末を稠密化させる間に、その粉末金属をそのコアに拡散接合させることができる
。
一つの代替的な実施の形態において、最初に、その外周に沿って離間した位置
にて円形の溝１０をコア２に形成する。溝１０が形成されたコア２は、常温圧プ
レス内に導入し、次に、上述したようにベル型炉に投入する。その後、切込みス
テップにて、外縁部４に切込み８を切り、コア２に円形の溝１０を切込むだけで
よい。既存の穴として形成することのできる円形の溝１０は、使用中の亀裂を防
止する吸熱体として作用する。
以下の例は、使用可能である金属の比率、加熱温度及び加熱時間を示すもので
ある。
例
金属 パーセント
コバルト ・・・・・ 20乃至50％
ニッケル ・・・・・ 10乃至70％
鉄 ・・・・・ 10乃至50％
銅及びスズ・・・・・ 10乃至50％
銀 ・・・・・ ２乃至20％
第一の温度による加熱時間 １乃至５時間
第一の加熱温度 1400
第二の温度による加熱時間 １乃至５時間
第二の加熱温度 1750
冷却時間 ４時間
上記の説明から、本発明は、構造体に伴う明確なその他の利点と共に、上記に
記載した全ての目的を達成し得るようにされた溝に関するものであることが理解
されよう。
上記の特定の特徴及び準組合せ体は、実用性があり、それ以外の特徴及び準組
合せ体と関係なく、採用が可能であることも理解されよう。これは、請求の範囲
に包含されるものである。
本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の多数の実施の形態が具体化可能である
ため、添付図面１乃至３に掲げた全ての事項は単に一例にしか過ぎず、限定的な
意味を有するものではないことを理解すべきである。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９６年２月２１日
【補正内容】
１．コアと、セグメント状に形成される外縁部とを有する切断ブレードの製造
方法にして、
中断部分の無い連続的な外縁部を形成すべく、金属粒子と、焼入れした切断粒
子とを含む接合粉末の混合体を前記コア上に導入するステップと、
該導入ステップ後に、前記中断部分の無い連続的な外縁部及び前記コアを所定
の温度まで加熱することにより、前記コアを前記中断部分の無い連続的な外縁部
に接合させるステップと、
該接合ステップ後に、前記中断部分の無い連続的な外縁部に切欠きを形成し、
前記外縁部の一部及び前記コアの一部を除去して、セグメント状に形成した外縁
部にするステップとを備えることを特徴とする製造方法。
２．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
接合して青銅、または黄銅化合物を形成する第一及び第二の金属と、
湿潤剤として機能する第三の金属と、
前記青銅化合物及び前記潤滑剤に接合する第四の金属とを含む接合粉末を形成
するステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
３．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
互いに且つ前記コアと接合する少なくとも三種類の金属を含む接合粉末を形成
するステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
４．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
互いに且つ前記コアと接合する少なくとも二種類の金属と、
切断用の少なくとも一種類の焼入れ粒子とを含む接合粉末を形成するステップ
を更に備えることを特徴とする製造方法。
５．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
互いに且つ前記コアと接合する少なくとも一種類の金属と、
切断用のダイヤモンドとを含む接合粉末を形成するステップを更に備えること
を特徴とする製造方法。
６．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合ステップが、前記コア及び前記外縁部を最初の接合時間、最初の接合
温度まで加熱するステップと、
その後に、前記コア及び外縁部を最終的な接合時間、最終的な接合温度まで加
熱するステップとを更に備えることを特徴とする製造方法。
７．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合粉末が少なくとも第一及び第二の金属を含み、
前記接合ステップが、最初の接合時間、前記第一の金属の融点よりも高く且つ
前記第二の金属の融点よりも低い最初の接合温度まで前記コア及び外縁部を加熱
することにより、前記第一及び第二の金属を互いに接合させるステップを更に備
えることを特徴とする製造方法。
８．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合粉末が、互いに接合されて接合合金を形成する少なくとも第一及び第
二の金属と、第三の金属とを含み、
前記接合ステップが、最終的な接合時間、前記接合合金の融点よりも高く且つ
前記第三の金属の融点よりも低い最終的な接合温度まで前記コア及び外縁部を加
熱することにより、前記接合合金及び前記第三の金属を互いに接合させるステッ
プを更に備えることを特徴とする製造方法。
９．請求の範囲第７項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合粉末が、少なくとも第三の金属を含み、
前記接合ステップが、最初の接合時間、前記最初の接合温度よりも高い最終的
な接合温度まで前記コア及び外縁部を加熱することにより、前記第三の金属と前
記第一及び第二の金属で形成された接合合金とを接合させるステップを更に備え
ることを特徴とする製造方法。
１０．請求の範囲第９項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記最終的な接合温度が前記第三の金属の融点よりも低いことを特徴とする製
造方法。
１１．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、
前記コアを金型内で中心決めするステップと、
前記接合粉末の混合体を前記コアを囲繞する空隙内に注入するステップと、
最大の圧縮率に関してその約65％の圧縮率となるように前記接合粉末の混合体を
常温圧ブレスするステップとを更に備えることを特徴とする製造方法。
１２．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合ステップが、
圧密化及び接合収縮が為される間に自由焼結を行うことを特徴とする製造方
法。
１３．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合粉末が、少なくとも一つの金属を含み、
前記コア及び外縁部が、前記接合ステップ中、前記二つの金属の融点の中間の
温度まで加熱されることを特徴とする製造方法。
１４．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記接合ステップが、
前記コア及び外縁部を760°Ｃ（1400°Ｆ）乃至871.1°Ｃ（1600°Ｆ）の範
囲の温度まで最初に加熱して最初の接合を行うステップと、
前記コア及び外縁部を871.1°Ｃ（1600°Ｆ）乃至1093.3°Ｃ（2000°Ｆ）
の範囲の温度まで最終的に加熱して、最終的な接合を行うステップとを備えるこ
とを特徴とする製造方法。
１５．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末の混合体を熱圧プレスして、その一部を圧
縮するステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
１６．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末の混合体を急速凝固させ、その一部を圧縮
して前記コアに接合させるステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
１７．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末の混合体を焼結して、その一部を圧縮し且
つ前記コアに接合させるステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
１８．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末の混合体をマイクロ波で中心決めし、その
一部を圧縮し且つ前記コアに接合させることを特徴とする製造方法。
１９．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末の混合体をアイソスタチックプレスして、
前記コアに接合させるステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
２０．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末の混合体をコイニング加工して前記コアに
接合させるステップを更に備えることを特徴とする製造方法。
２１．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記導入ステップが、前記接合粉末混合体を鍛造して前記コアに接合させるス
テップを更に備えることを特徴とする製造方法。
２２．その周囲に溝が切り込まれた外周部と、連続的な外縁部とを有する円形の
コアを備え、該連続的な外縁部が前記溝に近い切欠きを有する、切断ブレードに
して、
中断部分の無い連続的な外縁部を形成すべく、金属粒子と、焼入れした切断粒
子とを含む接合粉末の混合体を前記コア上に導入するステップと、
該導入ステップ後に、前記中断部分の無い連続的な外縁部及び前記コアを所定
の温度まで加熱することにより、前記コアを前記中断部分の無い連続的な外縁部
に接合させるステップと、
該接合ステップ後に、前記中断部分の無い連続的な外縁部に切欠きを形成し、
前記外縁部の一部及び前記コアの一部を除去して、セグメント状に形成した外縁
部にするステップとを備える、方法により製造されることを特徴とする切断ブレ
ード。
２３．切断ブレードにして、
接合して青銅化合物を形成する第一及び第二の金属と、
湿潤剤として機能する第三の金属と、
前記青銅化合物及び前記湿潤剤に接合する第四の金属とを含む接合粉末を形成
するステップを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造される
ことを特徴とする切断ブレード。
２４．切断ブレードにして、
互いに且つ前記コアと接合する少なくとも三種類の金属を含む接合粉末を形成
するステップを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造される
ことを特徴とする切断ブレード。
２５．切断ブレードにして、
互いに且つ前記コアと接合する少なくとも二種類の金属と、切断用の少なくと
も一種類の焼入れ粒子とを含む接合粉末を形成するステップを備える、請求の範
囲第２２項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブレード。
２６．切断ブレードにして、
互いに且つ前記コアと接合する少なくとも一種類の金属と、切断用のダイヤモ
ンドとを含む接合粉末を形成するステップを備える、請求の範囲第２２項に記載
の方法により製造されることを特徴とする切断ブレード。
２７．切断ブレードにして、
前記接合ステップが、
前記コア及び前記外縁部を最初の接合時間、最初の接合温度まで加熱するス
テップと、
その後に、前記コア及び外縁部を最終的な接合時間、最終的な接合温度まで加
熱するステップとを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造さ
れることを特徴とする切断ブレード。
２８．切断ブレードにして、
前記接合粉末が、少なくとも第一及び第二の金属を含み、
前記接合ステップが、
最初の接合時間、前記第一の金属の融点よりも高く且つ前記第二の金属の融
点よりも低い最初の接合温度まで前記コア及び外縁部を加熱することにより、前
記第一及び第二の金属を互いに接合させるステップを更に備える、請求の範囲第
２２項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブレード。
２９．切断ブレードにして、
前記接合粉末が、互いに接合されて合金を形成する少なくとも第一及び第二の
金属と、第三の金属とを含み、
前記接合ステップが、
最終的な接合時間、前記接合合金の融点よりも高く且つ前記第三の金属の融
点よりも低い最終的な接合温度まで前記コア及び外縁部を加熱することにより、
前記接合した化合物及び前記第三の金属を互いに接合させるステップを更に備え
る、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブ
レード。
３０．切断ブレードにして、
前記接合粉末が、少なくとも第三の金属を含み、
前記接合ステップが、
最初の接合時間、前記最初の接合温度よりも高い最終的な接合温度まで前記
コア及び外縁部を加熱することにより、前記第三の金属と、前記第一及び第二の
金属により形成された結合化合物とを接合させるステップを更に備える、請求の
範囲第２２項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブレード。
３１．切断ブレードにして、
前記最終的な接合温度が前記第三の金属の融点よりも低い、請求の範囲第３０
項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブレード。
３２．切断ブレードにして、
前記導入ステップが、
前記コアを金型内で中心決めするステップと、
前記接合粉末混合体を前記コアを囲繞する空隙内に注入するステップと、
最大の圧縮率に関してその約65％の圧縮率となるように前記接合粉末の混合
体を常温圧プレスするステップとを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方
法により製造されることを特徴とする切断ブレード。
３３．切断ブレードにして、
前記接合ステップが、圧密化及び接合収縮が為される間に、自由焼結を行う、
請求の範囲第２２項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブレー
ド。
３４．切断ブレードにして、
前記接合粉末が少なくとも二つの金属を含み、
前記コア及び外縁部が、前記接合ステップ中、前記ニつの金属の融点の中間
の温度まで加熱させる、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造されること
を特徴とする切断ブレード。
３５．切断ブレードにして、
前記接合ステップが、
前記コア及び外縁部を760°Ｃ（1400°Ｆ）乃至871.1°Ｃ（1600°Ｆ）の範
囲の温度まで最初に加熱し、最初の接合を行うステップと、
前記コア及び外縁部を871.1°Ｃ（1600°Ｆ）乃至1093.3°Ｃ（2000°Ｆ）
の範囲の温度まで最終的に加熱して、最終的な接合を行うステップとを備える、
請求の範囲第２２項に記載の方法により製造されることを特徴とする切断ブレー
ド。
３６．切断ブレードにして、
前記導入ステップが、
前記接合粉末混合体をアイソスタチックプレスして、前記コアに接合させる
ステップを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造されること
を特徴とする切断ブレード。
３７．切断ブレードにして、
前記導入ステップが、前記接合粉末混合体をコイニング加工して前記コアに接
合させるステップを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造さ
れることを特徴とする切断ブレード。
３８．切断ブレードにして、
前記導入ステップが、前記接合粉末混合体を鍛造して、前記コアに接合させる
ステップを更に備える、請求の範囲第２２項に記載の方法により製造されること
を特徴とする切断ブレード。
３９．請求の範囲第１項に記載の切断ブレードの製造方法にして、
前記焼き入れ切断粒子がダイヤモンド粒子を含むことを特徴とする製造方法。
４０．請求の範囲第１５項に記載の切断ブレードにして、
前記焼き入れ粒子がダイヤモンド粒子を含むことを特徴とする切断ブレード。
４１．請求の範囲第２２項に記載の切断ブレードにして、
前記焼き入れ切断粒子がダイヤモンド粒子を含むことを特徴とする切断ブレー
ド。
４２．コアと、セグメント状に形成される外縁部とを有する切断ブレードの製造
方法にして、
中断部分の無い連続的な外縁部を形成すべく、金属粒子と、焼入れした切断粒
子とを含む接合粉末の混合体を前記コア上に導入するステップと、
前記中断部分の無い連続的な外縁部及び前記コアを所定の温度まで加熱するこ
とにより、前記コアを前記中断部分の無い連続的な外縁部に接合させるステップ
と備え、
前記接合ステップが、前記コア及び前記外縁部を最初の接合時間、最初の接合
温度まで加熱するステップと、
その後に、前記コア及び外縁部を最終的な接合時間、最終的な接合温度まで加
熱するステップとを更に備え、
前記中断部分の無い連続的な外縁部に切欠きを形成し、前記外縁部の一部及び
前記コアの一部を除去して、セグメント状に形成した外縁部にするステップとを
備えることを特徴とする製造方法。
４３．コアと、セグメント状に形成される外縁部とを有する切断ブレードの製造
方法にして、
連続的な外縁部を形成すべく、接合粉末の混合体をを前記コア上に導入するス
テップと、
前記連続的な外縁部及び前記コアを所定の温度まで加熱することにより、前記
コアを前記連続的な外縁部に接合させるステップと、
前記連続的な外縁部に切欠きを形成し、前記外縁部の一部及び前記コアの一部
を除去して、セグメント状に形成した外縁部にするステップとを備え。
前記接合粉末が、少なくとも二つの金属を含み、
前記コア及び外縁部が、前記接合ステップ中、前記ニつの金属の融点の中間の
温度まで加熱されることを特徴とする製造方法。
４４．切断ブレードにして、
連続的な外縁部が圧カプレス成形された外周を有する円形のコアを備え、
前記外縁部が、少なくとも二種類の金属粒子と、少なくとも一種類の焼き入れ
切断粒子とを含む接合粉末の混合体から形成され、
前記少なくとも二種類の金属粒子が、互いに接合され、
前記連続的な外縁部が、前記コアの前記外周寄りの位置に最内側領域を有し、
該最内側領域にて、前記少なくとも二種類の金属粒子が前記コアの前記外周に接
合され、
前記連続的な外縁部が、該連続的な外縁部をセグメント状に形成すべく半径方
向に整合した複数の切欠きを有し、
前記少なくとも二種類の金属粒子が、該二種類の金属粒子の融点の中間の最初
の接合温度まで前記外縁部を加熱することにより、互いに接合されることを特徴
とする切断ブレード。
４５．切断ブレードにして、
連続的な外縁部が圧カプレス成形された外周を有する円形のコアを備え、
前記外縁部が、少なくとも二種類の金属粒子と、少なくとも一種類の焼き入れ
切断粒子とを含む接合粉末の混合体から形成され、
前記少なくとも一種類の金属粒子が、互いに接合され、
前記連続的な外縁部が、前記コアの前記外周寄りの位置に最内側領域を有し、
該最内側領域にて、前記少なくとも一種類の金属粒子が前記コアの前記外周に接
合され、
前記連続的な外縁部が、該連続的な外縁部をセグメント状に形成すべく半径方
向に整合した複数の切欠きを有し、
前記外縁部における接合した金属粒子が、略非多孔質の均一な合金化合物を形
成し、
該化合物が、切ったとき、切り口に沿って略均一に溶融して前記切欠きを形成
することを特徴とする切断ブレード。
４６．その周囲に溝が切り込まれた外周部と、連続的な外縁部とを有する円形の
コアを備え、該連続的な外縁部が前記溝に近い切欠きを有する、切断ブレードに
して、
連続的な外縁部を形成すべく、接合粉末の混合体を前記コア上に導入するステ
ップと、
前記連続的な外縁部及び前記コアを所定の温度まで加熱することにより、前記
コアを前記連続的な外縁部に接合させるステップと、
前記連続的な外縁部に切欠きを形成し、前記外縁部の一部及び前記コアの一部
を除去して、セグメント状に形成した外縁部にするステップとを備え、
前記接合粉末が、少なくとも二種類の金属粒子を含み、
前記コア及び前記外縁部が、前記接合ステップ中に、前記二つの金属の融点の
中間の温度まで加熱されることを特徴とする切断ブレード。